DE112015005347T5 - Bearing component formed from a steel alloy - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Lagerkomponente bereit, die aus einer Stahllegierung geformt ist, mit: 0,7 bis 0,9 Gew.-% Kohlenstoff, 0,05 bis 0,16 Gew.-% Silizium, 0,7 bis 0,9 Gew.-% Mangan, 1,4 bis 2,0 Gew.-% Chrom, 0,7 bis 1,0 Gew.-% Molybdän, 0,03 bis 0,15 Gew.-% Vanadium, 0 bis 0,25 Gew.-% Nickel, 0 bis 0,3 Gew.-% Kupfer, 0 bis 0,2 Gew.-% Kobalt, 0 bis 0,1 Gew.-% Aluminium, 0 bis 0,1 Gew.-% Niob, 0 bis 0,2 Gew.-% Tantal, 0 bis 0,025 Gew.-% Phosphor, 0 bis 0,015 Gew.-% Schwefel, 0 bis 0,075 Gew.-% Zinn, 0 bis 0,075 Gew.-% Antimon, 0 bis 0,04 Gew.-% Arsen, 0 bis 0,002 Gew.-% Blei, bis zu 350 ppm Stickstoff, bis zu 20 ppm Sauerstoff, bis zu 50 ppm Kalzium, bis zu 30 ppm Bor, bis zu 50 ppm Titan, als Rest Eisen zusammen mit irgendwelchen unvermeidbaren Verunreinigungen.The present invention provides a bearing component formed from a steel alloy having: 0.7 to 0.9 wt% carbon, 0.05 to 0.16 wt% silicon, 0.7 to 0.9 Wt% manganese, 1.4 to 2.0 wt% chromium, 0.7 to 1.0 wt% molybdenum, 0.03 to 0.15 wt% vanadium, 0 to 0.25 % By weight of nickel, 0 to 0.3% by weight of copper, 0 to 0.2% by weight of cobalt, 0 to 0.1% by weight of aluminum, 0 to 0.1% by weight of niobium, 0 to 0.2 wt% tantalum, 0 to 0.025 wt% phosphorus, 0 to 0.015 wt% sulfur, 0 to 0.075 wt% tin, 0 to 0.075 wt% antimony, 0 to 0 , 04% by weight of arsenic, 0 to 0.002% by weight of lead, up to 350 ppm of nitrogen, up to 20 ppm of oxygen, up to 50 ppm of calcium, up to 30 ppm of boron, up to 50 ppm of titanium, with the remainder iron along with any unavoidable impurities.

Description

Technisches UmfeldTechnical environment

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Feld der Metallurgie und eine Lagerkomponente, die aus einer Stahlzusammensetzung hergestellt ist. Der Stahl kann über ein kontinuierliches Stranggießverfahren hergestellt sein.The present invention relates generally to the field of metallurgy and to a bearing component made from a steel composition. The steel may be made by a continuous casting process.

Hintergrundbackground

Lager sind Vorrichtungen, die eine begrenzte relative Bewegung zwischen zwei Teilen ermöglichen. Wälzlager umfassen innere und äußere Laufringe und mehrere Wälzkörper (Kugeln oder Rollen), die dazwischen angeordnet sind. Für eine langdauernde Zuverlässigkeit und Leistung ist es wichtig, dass die verschiedenen Elemente, die üblicherweise aus einem Lagerstahl hergestellt sind, eine Widerstandsfähigkeit hinsichtlich Wälzkontaktermüdung, Verschleiß und Kriechdehnung aufweisen. Eine andere wichtige Eigenschaft des Lagerstahls ist seine Härtbarkeit, das heißt die Tiefe, bis zu welcher die Legierung gehärtet ist, nachdem sie einem Wärmebehandlungsprozess unterzogen wurde.Bearings are devices that allow limited relative movement between two parts. Rolling bearings include inner and outer races and a plurality of rolling elements (balls or rollers) interposed therebetween. For long term reliability and performance, it is important that the various elements that are typically made of bearing steel have resistance to rolling contact fatigue, wear and creep. Another important property of the bearing steel is its hardenability, that is, the depth to which the alloy is cured after being subjected to a heat treatment process.

Ein Beispiel für eine Art des Lagerstahls ist Materialnummer (Werkstoff) 1.3536 (DIN 100 CrMo7-3). Dieser beinhaltet üblicherweise 1,0 Gew.-% C, 0,30 Gew.-% Si, 0,70 Gew.-% Mn, 1,80 Gew.-% Cr, 0,30 Gew.-% Mo, und als Rest Fe und irgendwelche unvermeidbare Unreinheiten.An example of a type of bearing steel is material number (material) 1.3536 (DIN 100 CrMo7-3). This usually includes 1.0 wt% C, 0.30 wt% Si, 0.70 wt% Mn, 1.80 wt% Cr, 0.30 wt% Mo, and as Rest Fe and any unavoidable impurities.

Kontinuierliches Stranggießen ist ein zunehmend weitläufig verwendetes Verfahren in der Herstellung von Metallartikeln. Das Verfahren involviert die Verfestigung von geschmolzenem Metall in einen halbfertigen Strangrohling oder Rohblock oder Rohplatte für eine nachfolgende Oberflächenbearbeitung, Wärmebehandlung oder eine Heißbearbeitung in fertigstellenden Walzwerken. Kontinuierliches Stranggießen stellt eine verbesserte Ausbeute, Produktivität und Kostenineffizienz bereit.Continuous continuous casting is an increasingly widely used process in the production of metal articles. The process involves solidification of molten metal into a semi-finished strand blank or ingot or slab for subsequent surface processing, heat treatment or hot working in finishing rolling mills. Continuous continuous casting provides improved yield, productivity and cost inefficiency.

Makrosegregation entsteht während des Stranggießens aufgrund des Unterschieds in der Lösbarkeit der aufgelösten Elemente in den flüssigen und festen Phasen. Das Ergebnis ist eine Nichteinheitlichkeit in der chemischen Zusammensetzung des Stahls, die sich verschlechternd auf die mechanischen Eigenschaften und die tagtägliche Leistungsfähigkeit der Stranggießstahlartikel auswirkt. Makrosegregation bezeichnet die Variationen in der Zusammensetzung, die bei Legierungsgussteilen und -gussblöcken auftreten und sich im Bereich von wenigen Millimetern bis Zentimeter bewegen.Macrosegregation occurs during continuous casting due to the difference in the solubility of the dissolved elements in the liquid and solid phases. The result is a non-uniformity in the chemical composition of the steel which adversely affects the mechanical properties and day-to-day performance of the continuous casting steel articles. Macrosegregation refers to the variations in composition that occur in alloy castings and ingots, ranging from a few millimeters to centimeters.

ZusammenfassungSummary

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lagerkomponente bereitzustellen, die aus einer Stahlzusammensetzung hergestellt ist, die gute mechanische Eigenschaften bietet, und die mittels eines Verfahrens, das ein kontinuierliches Stranggießen beinhaltet, hergestellt werden kann.It is an object of the present invention to provide a bearing component made of a steel composition which offers good mechanical properties and which can be produced by a process involving continuous continuous casting.

Die zuvor genannte Aufgabe wird mittels einer Lagerkomponente erreicht, die aus einer Stahlzusammensetzung hergestellt ist, die aufweist:

0,7 bis 0,9 Gew.-% Kohlenstoff,
0,05 bis 0,16 Gew.-% Silizium,
0,7 bis 0,9 Gew.-% Mangan,
1,4 bis 2,0 Gew.-% Chrom,
0,7 bis 1,0 Gew.-% Molybdän,
0,03 bis 0,15 Gew.-% Vanadium,

0 bis 0,25 Gew.-% Nickel,
0 bis 0,3 Gew.-% Kupfer,
0 bis 0,2 Gew.-% Kobalt,
0 bis 0,1 Gew.-% Aluminium,
0 bis 0,1 Gew.-% Niob,
0 bis 0,2 Gew.-% Tantal,

0 bis 0,025 Gew.-% Phosphor,
0 bis 0,015 Gew.-% Schwefel,
0 bis 0,075 Gew.-% Zinn,
0 bis 0,075 Gew.-% Antimon,
0 bis 0,04 Gew.-% Arsen,
0 bis 0,002 Gew.-% Blei,

bis zu 350 ppm Stickstoff,
bis zu 20 ppm Sauerstoff,
bis zu 50 ppm Kalzium,
bis zu 30 ppm Bor,
bis zu 50 ppm Titan,
als Rest Eisen zusammen mit irgendwelchen unvermeidbaren Verunreinigungen.
The above object is achieved by means of a bearing component made from a steel composition comprising:

0.7 to 0.9% by weight of carbon,
0.05 to 0.16% by weight of silicon,
0.7 to 0.9 wt.% Manganese,
1.4 to 2.0% by weight of chromium,
From 0.7 to 1.0% by weight of molybdenum,
0.03 to 0.15% by weight of vanadium,

0 to 0.25 wt% nickel,
0 to 0.3% by weight of copper,
0 to 0.2% by weight of cobalt,
0 to 0.1% by weight of aluminum,
0 to 0.1% by weight of niobium,
0 to 0.2 wt% tantalum,

0 to 0.025 wt.% Phosphorus,
0 to 0.015% by weight of sulfur,
0 to 0.075 wt% tin,
0 to 0.075 wt.% Antimony,
0 to 0.04 wt.% Arsenic,
0 to 0.002 wt.% Lead,

up to 350 ppm nitrogen,
up to 20 ppm oxygen,
up to 50 ppm calcium,
up to 30 ppm boron,
up to 50 ppm titanium,
as the remainder iron along with any unavoidable impurities.

Die vorliegende Erfindung wird nun weiter beschrieben. In den folgenden Passagen werden unterschiedliche Aspekte der Erfindung detaillierter definiert. Jeder Aspekt, der so definiert ist, kann mit jedem anderen Aspekt oder Aspekten kombiniert werden, solange nicht klar das Gegenteil angegeben ist. Insbesondere können alle Eigenschaften, die als bevorzugt oder vorteilhaft bezeichnet sind, mit einer anderen Eigenschaft oder Eigenschaften, die als bevorzugt oder vorteilhaft gekennzeichnet sind, kombiniert werden.The present invention will now be further described. In the following passages, different aspects of the invention are defined in more detail. Any aspect so defined can be combined with any other aspect or aspect unless clearly stated otherwise. In particular, all the properties which are designated as preferred or advantageous can be combined with another property or properties which are characterized as being preferred or advantageous.

In der vorliegenden Erfindung umfasst die Stahllegierungszusammensetzung, die für die Lagerkomponente verwendet wird, 0,7 bis 0,9 Gew.-% Kohlenstoff, vorzugsweise 0,7 bis 0,08 Gew.-% Kohlenstoff, bevorzugter 0,72 bis 0,78 Gew.-% Kohlenstoff, noch bevorzugter 0,73 bis 0,77 Gew.-%. In Kombination mit den anderen Legierungselementen resultiert dies in einer erwünschten Mikrostruktur und in erwünschten Eigenschaften. Es wurde herausgefunden, dass der reduzierte Kohlenstoffgehalt auch in geringeren Ausmaßen von Makrosegregation bei kontinuierlich stranggegossenen Artikeln, wie beispielsweise Strangrohlingen oder Rohblöcken, ohne negativen Effekt auf die Härte der gehärteten Lagerkomponenten, resultiert. Des Weiteren bedeutet der reduzierte Kohlenstoffgehalt, dass der Stahl im Vergleich zu konventionellen Stählen mit einem höheren Kohlenstoffgehalt leichter stumpf zu schweißen ist.In the present invention, the steel alloy composition used for the bearing component comprises 0.7 to 0.9 wt% of carbon, preferably 0.7 to 0.08 wt% of carbon, more preferably 0.72 to 0.78 Wt% carbon, more preferably 0.73 to 0.77 wt%. In combination with the other alloying elements, this results in a desirable microstructure and desirable properties. It has also been found that the reduced carbon content also results in lower levels of macrosegregation in continuously cast articles, such as billets or billets, without a negative effect on the hardness of the cured bearing components. Furthermore, the reduced carbon content means that the steel is easier to butt than conventional steels with a higher carbon content.

Die Stahllegierungszusammensetzung umfasst 0,05 bis 0,16 Gew.-% Silizium, vorzugsweise 0,06 bis 0,16 Gew.-% Silizium, noch bevorzugter 0,08 bis 0,14 Gew.-% Silizium, immer noch bevorzugter 0,09 bis 0,12 Gew.-% Silizium, immer noch bevorzugter 0,1 bis 0,12 Gew.-% Silizium. In Kombination mit den anderen Legierungselementen resultiert dies in der gewünschten Mikrostruktur mit einem Minimalgehalt von Restaustenit. Silizium hilft dabei, die Ausfällung von Zementit und eine Karbidbildung zu unterdrücken. Silizium kann auch einem Aufweichen während des Anlassens widerstehen. Dennoch kann ein zu großer Silizium-Gehalt in unerwünschten Oberflächenoxiden und einem schlechten Oberflächenfinish resultieren. Aus diesem Grund ist der maximale Silizium-Gehalt vorzugsweise 0,16 Gew.-%. Stähle mit einem höheren Silizium-Gehalt tendieren dazu, mehr Austenit in ihren gehärteten Strukturen zurückzubehalten aufgrund der karbidsubpremierenden Charakteristiken des Elements. Daraus folgt, dass die Stahlkonzentration von Silizium reduziert werden kann, um den Restaustenitgehalt zu verringern. Außerdem wurde herausgefunden, dass ein Silizium-Gehalt innerhalb des vorbeschriebenen Bereichs auch in geringeren Ausmaßen von Makrosegregation in kontinuierlichen stranggegossenen Rohlingen und Rohblöcken, aus denen die Artikel hergestellt werden, resultiert.The steel alloy composition comprises 0.05 to 0.16 wt% silicon, preferably 0.06 to 0.16 wt% silicon, more preferably 0.08 to 0.14 wt% silicon, still more preferably 0, 09 to 0.12 wt .-% silicon, more preferably 0.1 to 0.12 wt .-% silicon. In combination with the other alloying elements this results in the desired microstructure with a minimum content of retained austenite. Silicon helps suppress precipitation of cementite and carbide formation. Silicon can also resist softening during tempering. However, too high a silicon content can result in undesirable surface oxides and poor surface finish. For this reason, the maximum silicon content is preferably 0.16 wt%. Steels with a higher silicon content tend to retain more austenite in their hardened structures due to the carbide-dominating characteristics of the element. It follows that the steel concentration of silicon can be reduced to reduce the retained austenite content. In addition, it has been found that silicon content within the above range also results in lower levels of macrosegregation in continuous, continuously cast billets and ingots from which the articles are made.

Die Stahlzusammensetzung umfasst 0,7 bis 1,0 Gew.-% Molybdän, vorzugsweise 0,7 bis 0,9 Gew.-% Molybdän, bevorzugter 0,7 bis 0,85 Gew.-% Molybdän, noch bevorzugter 0,7 bis 0,8 Gew.-% Molybdän. Molybdän kann dazu dienen, Korngrenz-Versprödung zu verhindern und trägt zur Widerstandsfähigkeit gegen Anlassen bei. Dennoch kann ein hoher Molybdän-Gehalt einen nachteiligen Effekt hinsichtlich Bainit-Transformation haben.The steel composition comprises from 0.7 to 1.0% by weight of molybdenum, preferably from 0.7 to 0.9% by weight of molybdenum, more preferably from 0.7 to 0.85% by weight of molybdenum, more preferably from 0.7 to 0.8% by weight of molybdenum. Molybdenum can serve to prevent grain boundary embrittlement and contributes to resistance to tempering. Nevertheless, a high molybdenum content may have a detrimental effect on bainite transformation.

Ein Molybdän-Gehalt innerhalb des vorbeschriebenen Bereichs kann auch in geringeren Ausmaßen von Makrosegregation bei kontinuierlichen stranggegossenen Rohlingen und Rohblöcken, aus denen die Artikel hergestellt werden, resultieren. Insbesondere wurde herausgefunden, dass ein Mo/Si-Gewichtsverhältnis von vorzugsweise 3,5 bis 33,3, bevorzugter von 4 bis 20, noch mehr bevorzugt von 5 bis 20, noch mehr bevorzugt von 6 bis 20, noch mehr bevorzugt von 6 bis 15, noch mehr bevorzugt von 6,5 bis 15, noch mehr bevorzugt von 6,6 bis 14,5, noch mehr bevorzugt von 7 bis 14, hilft, eine verringerte Segregation während des Verfestigens des Stahls sicherzustellen.A molybdenum content within the above range may also result in lesser levels of macrosegregation in continuous, continuously cast billets and ingots from which the articles are made. In particular, it has been found that a Mo / Si weight ratio of preferably 3.5 to 33.3, more preferably 4 to 20, still more preferably 5 to 20, still more preferably 6 to 20, still more preferably 6 to 15 even more preferably from 6.5 to 15, more preferably from 6.6 to 14.5, even more preferably from 7 to 14, helps to ensure reduced segregation during the solidification of the steel.

Die Stahlzusammensetzung umfasst 1,4 bis 2,0 Gew.-% Chrom. Abgesehen von seinem positiven Effekt auf die Härtbarkeit wurde herausgefunden, dass der Chrom-Gehalt eine Bedeutung für die Art der Karbide, die während des Härtens erhalten werden, hat. Wenn die Konzentration von Chrom zu gering ist, wird die relativ unerwünschte Zementit-Phase stabilisiert. Die Legierung umfasst deshalb vorzugsweise zumindest 1,5 Gew.-% Chrom. Auf der anderen Seite muss der Chrom-Gehalt eingeschränkt werden, um beispielsweise ausreichenden Kohlenstoff in fester Lösung in der Austenit-Phase während des Härtens sicherzustellen. Damit der Austenit sich bei niedrigen Temperaturen während des Abschreckens in eine ausreichend harte Struktur (57–63 HRC) umwandelt, muss er genügend gelösten Kohlenstoff und optional Stickstoff besitzen. Die Stahllegierung umfasst deshalb ein Maximum von 2,0 Gew.-% Chrom. Die Stahlzusammensetzung umfasst vorzugsweise 1,5 bis 1,8 Gew.-% Chrom, noch bevorzugter 1,6 bis 1,7 Gew.-% Chrom.The steel composition comprises 1.4 to 2.0% by weight of chromium. Apart from its positive effect on curability, it has been found that the chromium content has an importance for the type of carbides obtained during curing. If the concentration of chromium is too low, the relatively unwanted cementite phase is stabilized. The alloy therefore preferably comprises at least 1.5% by weight of chromium. On the other hand, the chromium content must be restricted to ensure, for example, sufficient solid solution carbon in the austenite phase during curing. To convert austenite into a sufficiently hard structure (57-63 HRC) at low temperatures during quenching, it must have enough dissolved carbon and optionally nitrogen. The steel alloy therefore comprises a maximum of 2.0% by weight chromium. The steel composition preferably comprises 1.5 to 1.8% by weight of chromium, more preferably 1.6 to 1.7% by weight of chromium.

Das Cr/C-Gewichtsverhältnis ist vorzugsweise ≥ 2, da herausgefunden wurde, dass dieses hilft, die Fluidität der interdendritischen Stahlflüssigkeit zwischen den vollständig austenitischen Dendriten während der Aushärtung zu kontrollieren.The Cr / C weight ratio is preferably ≥ 2, as it has been found to help control the fluidity of the interdendritic steel fluid between the fully austenitic dendrites during cure.

Die Legierung umfasst vorzugsweise Molybdän und Chrom in einem Gewichtsverhältnis von 0,35 ≤ Mo/Cr ≤ 0,71, mehr bevorzugt in einem Gewichtsverhältnis von 0,4 ≤ Mo/Cr ≤ 0,6. Ein solches Verhältnis kann die thermodynamische Stabilität der Cr-reichen Karbide vergrößern.The alloy preferably comprises molybdenum and chromium in a weight ratio of 0.35 ≦ Mo / Cr ≦ 0.71, more preferably in a weight ratio of 0.4 ≦ Mo / Cr ≦ 0.6. Such a ratio can increase the thermodynamic stability of the Cr-rich carbides.

Die Stahllegierungszusammensetzung umfasst 0,7 bis 0,9 Gew.-% Mangan. Mangan dient dazu, die Stabilität des Austenits relativ zu Ferrit zu vergrößern. Mangan kann auch dazu dienen, die Härtbarkeit zu verbessern.The steel alloy composition comprises 0.7 to 0.9% by weight of manganese. Manganese serves to increase the stability of austenite relative to ferrite. Manganese can also be used to improve hardenability.

Mit einem geringeren Kohlenstoffgehalt ist der Gesamtprozentsatz der Karbide, die während des Härtens zurückerhalten werden, üblicherweise gering, was den Vorteil hat, dass es üblicherweise weniger Stellen gibt, an denen Mikrorisse entstehen. Auf der anderen Seite ist mit weniger Karbiden, die während der Austenisation zurückbleiben, das Risiko des Austenit-Kornwachstums, das schlecht ist für die mechanischen Eigenschaften und den Verschleiß, höher.With a lower carbon content, the overall percentage of carbides recovered during curing is usually low, which has the advantage that there are usually fewer sites where microcracks are created. On the other hand, with fewer carbides remaining during austenization, the risk of austenite grain growth, which is poor for mechanical properties and wear, is higher.

Die Stahllegierung umfasst 0,03 bis 0,15 Gew.-% Vanadium. Beispielsweise 0,03 bis 0,12 Gew.-% Vanadium, bevorzugt 0,04 bis 0,12 Gew.-% Vanadium, noch bevorzugter 0,05 bis 0,1 Gew.-% Vanadium. Die Zugabe von Vanadium zu dem Stahl ermöglicht die Bildung von vanadiumreichen Ausfällungen in Nanogrößen (beispielsweise Karbide, Nitride und/oder Karbonitride), die sich ausbilden, sobald die heißbearbeiteten Komponenten ordentlich auf Raumtemperatur abgekühlt sind. Die feinen Ausfällungen können die vorherigen Austenit-Korngrenzen feststecken. Folglich kann die Stahlzusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung im Vergleich zu konventionellen Lagerstählen widerstandsfähig gegen Über-Austenisierung sein. Mit anderen Worten kann der Stahl bei einer relativ hohen Temperatur ohne ein exzessives Austenit-Kornwachstum austenisiert werden. Zusätzlich stellt die etwas höhere Austenisierungstemperatur, beispielsweise bei 905°C, eine bessere Auflösung der lösbaren Elemente (beispielsweise Chrom) sicher, was die Härtbarkeit verbessert. Eine derartige Austenisierungstemperatur bedeutet kombiniert mit der Stahlchemie, dass ein minimaler Gehalt von Zementit in der gehärteten Lagerkomponente zurückbleibt. Folglich kann die Zähigkeit der Lagerstahlkomponente verbessert werden, genauso wie ihre Ermüdungslebensdauer und ihre Toleranz gegenüber Mikrodefekten. The steel alloy comprises 0.03 to 0.15% by weight of vanadium. For example, 0.03 to 0.12 wt .-% vanadium, preferably 0.04 to 0.12 wt .-% vanadium, more preferably 0.05 to 0.1 wt .-% vanadium. The addition of vanadium to the steel allows the formation of vanadium-rich nano-sized precipitates (eg, carbides, nitrides, and / or carbonitrides) that form once the hot worked components have properly cooled to room temperature. The fine precipitates may be stuck to the previous austenite grain boundaries. Thus, the steel composition of the present invention may be resistant to over-austenization as compared to conventional bearing steels. In other words, the steel can be austenated at a relatively high temperature without excessive austenite grain growth. In addition, the slightly higher austenizing temperature, for example at 905 ° C, ensures better dissolution of the releasable elements (eg, chrome), which enhances hardenability. Such austenization temperature combined with steel chemistry means that a minimal content of cementite remains in the cured bearing component. As a result, the toughness of the bearing steel component can be improved, as well as its fatigue life and micro-defect tolerance.

Zusätzlich, und wiederum, um jedes mögliches exzessives Austenit-Kornwachstum während des Härtens zu verhindern, kann es vorteilhaft sein, andere Mikrolegierungszugaben zuzugeben, und optional Stickstoff, so dass kleine, sehr feine Ausfällungen, die die vorherigen Austenit-Korngrenzen feststecken, gebildet werden. Für diesen Zweck können die Elemente Ta und/oder Nb zugegeben werden, um Karbide, Nitride und/oder Karbonitride auszubilden.In addition, and again, to prevent any excessive austenite grain growth during curing, it may be advantageous to add other microalloy additions, and optionally nitrogen, to form small, very fine precipitates pinning the previous austenite grain boundaries. For this purpose, the elements Ta and / or Nb may be added to form carbides, nitrides and / or carbonitrides.

In manchen Ausführungsformen wird Stickstoff zugegeben, so dass die Stahllegierung 50 bis 350 ppm Stickstoff, vorzugsweise zwischen 100 und 350 ppm Stickstoff, aufweist. In anderen Ausführungsbeispielen gibt es keine freiwillige Zugabe von Stickstoff. Dennoch kann die Legierung notwendigerweise zumindest 50 ppm Stickstoff aufgrund ihrer Aussetzung an die Atmosphäre aufweisen.In some embodiments, nitrogen is added so that the steel alloy has 50 to 350 ppm of nitrogen, preferably between 100 and 350 ppm of nitrogen. In other embodiments, there is no optional addition of nitrogen. Nevertheless, the alloy may necessarily have at least 50 ppm of nitrogen due to its exposure to the atmosphere.

Vorzugsweise umfasst die Stahllegierung mit zugegebenem Stickstoff weiterhin ein oder mehrere der folgenden Legierungselemente in dem folgenden Gew.-% sätzen: Bis zu 0,1 Gew.-% Niob; und bis zu 0,2 Gew.-% Tantal.Preferably, the added nitrogen steel alloy further comprises one or more of the following alloying elements in the following weight percentages: up to 0.1 weight percent niobium; and up to 0.2 wt% tantalum.

In der vorliegenden Arbeit wurde herausgefunden, dass die Bildung von vanadiumreichen und stickstoffenthaltenden Ausfällungen sowohl die Stärke als auch die Härte der finalen Lagerstahlstrukturen signifikant verbessert, was zu einer besseren Widerstandsfähigkeit gegenüber Wälzkontaktermüdung führt.In the present work, it has been found that the formation of vanadium-rich and nitrogen-containing precipitates significantly improves both the strength and hardness of the final bearing steel structures, resulting in better resistance to rolling contact fatigue.

In Beispielen der Stahllegierung, die Vanadium und zugegebenen Stickstoff aufweist, ist die Ausbildung von vanadiumreichen und stickstoffenthaltenden Ausfällungen gegenüber der Bildung von Vanadium-Karbiden bevorzugt, da die ersteren thermodynamisch stabiler sind. Für einen gegebenen Anteil von Vanadium-Karbiden und Vanadium-Nitriden tendieren die Vanadium-Nitride dazu, kleiner, stabiler und effektiver zu sein beim Feststecken der vorherigen Austenit-Korngrenzen. Vanadiumreiche und stickstoffenthaltende Ausfällungen tragen auch mehr zu der Verstärkung der Lagerstahlstruktur bei.In examples of the steel alloy comprising vanadium and added nitrogen, the formation of vanadium-rich and nitrogen-containing precipitates is preferred over the formation of vanadium carbides, since the former are thermodynamically more stable. For a given level of vanadium carbides and vanadium nitrides, the vanadium nitrides tend to be smaller, more stable, and more effective at pinning the previous austenite grain boundaries. Vanadium-rich and nitrogen-containing precipitates also contribute more to reinforcing the bearing steel structure.

Vorzugsweise umfasst die Stahllegierung nicht mehr als 0,1 Gew.-% Aluminium, noch bevorzugter nicht mehr als 0,05 Gew.-% Aluminium. Aluminium ist üblicherweise in derart kleinen Quantitäten aufgrund des Stahldeoxidationsprozesses vorhanden. Noch bevorzugter ist die Stahllegierung frei von Aluminium, insbesondere wenn die Stahllegierung ein oder mehr der Mikrolegierungselemente (V und/oder Nb und/oder Ta) aufweist. Das Vorhandensein von Aluminium ist in diesem Fall unerwünscht, da Stickstoff verlorengehen kann aufgrund der Bildung von Aluminium-Nitriden. Wenn die Gegenwart einer geringen Menge von Aluminium dennoch unvermeidbar ist, kann die Legierung Aluminium und Stickstoff in einem Gewichtsprozentverhältnis von 0,014 ≤ Al/N ≤ 0,6, bevorzugt 0,014 ≤ Al/N ≤ 0,1, aufweisen. Dieses Verhältnis stellt sicher, dass nicht der gesamte Stickstoff an das Aluminium gebunden ist, so dass einiger Stickstoff verfügbar bleibt, um beispielsweise vanadiumreiche Ausfällungen zu bilden, wodurch diese verfeinert und stabilisiert werden.Preferably, the steel alloy comprises not more than 0.1% by weight of aluminum, more preferably not more than 0.05% by weight of aluminum. Aluminum is usually present in such small quantities due to the steel deoxidation process. More preferably, the steel alloy is free of aluminum, especially when the steel alloy has one or more of the micro-alloying elements (V and / or Nb and / or Ta). The presence of aluminum in this case is undesirable because nitrogen can be lost due to the formation of aluminum nitrides. Nevertheless, if the presence of a small amount of aluminum is unavoidable, the alloy may have aluminum and nitrogen in a weight percent ratio of 0.014 ≦ Al / N ≦ 0.6, preferably 0.014 ≦ Al / N ≦ 0.1. This ratio ensures that not all of the nitrogen is bound to the aluminum so that some nitrogen remains available to form, for example, vanadium-rich precipitates, thereby refining and stabilizing them.

Wie bemerkt, kann die Stahlzusammensetzung optional ein oder mehrere der folgenden Elemente aufweisen:

0 bis 0.25 Gew.-% Nickel (beispielsweise 0.02 bis 0.2 Gew.-% Nickel)
0 bis 0.3 Gew.-% Kupfer (beispielsweise 0.02 bis 0.2 Gew.-% Kupfer)
0 bis 0.2 Gew.-% Kobalt (beispielsweise 0.05 bis 0.2 Gew.-% Kobalt)
0 bis 0.1 Gew.-% Aluminium (beispielsweise 0.05 bis 0.1 Gew.-% Aluminium)
0 bis 0.1 Gew.-% Niob (beispielsweise 0.05 bis 0.1 Gew.-% Niob)
0 bis 0.2 Gew.-% Tantal (beispielsweise 0.05 bis 0.2 Gew.-% Tantal)
0 bis 0.035 Gew.-% Sticksoff (beispielsweise 50 bis 350 ppm Stickstoff)
As noted, the steel composition may optionally include one or more of the following elements:

0 to 0.25% by weight of nickel (for example 0.02 to 0.2% by weight of nickel)
0 to 0.3% by weight of copper (for example 0.02 to 0.2% by weight of copper)
0 to 0.2% by weight of cobalt (for example 0.05 to 0.2% by weight of cobalt)
0 to 0.1% by weight of aluminum (for example 0.05 to 0.1% by weight of aluminum)
0 to 0.1% by weight of niobium (for example 0.05 to 0.1% by weight of niobium)
0 to 0.2% by weight of tantalum (for example 0.05 to 0.2% by weight of tantalum)
0 to 0.035% by weight of nitrogen (for example 50 to 350 ppm of nitrogen)

Es ist zu verstehen, dass die Stahllegierung, die hierin beschrieben ist, unvermeidbare Unreinheiten aufweisen kann, obwohl es unwahrscheinlich ist, dass diese insgesamt 0,03 Gew.-%e der Zusammensetzung übersteigen. Vorzugsweise beinhalten die Legierungen unvermeidbare Verunreinigungen in einer Menge von nicht mehr als 0,1 Gew.-% der Zusammensetzung, noch mehr bevorzugt nicht mehr als 0,05 Gew.-% der Zusammensetzung. Insbesondere kann die Stahlzusammensetzung auch ein oder mehrere verunreinigende Elemente aufweisen. Eine nicht abgeschlossene Liste von Verunreinigungen umfasst beispielsweise:

0 bis 0.025 Gew.-% Phosphor
0 bis 0.015 Gew.-% Schwefel
0 bis 0.04 Gew.-% Arsen
0 bis 0.075 Gew.-% Zinn
0 bis 0.075 Gew.-% Antimon
0 bis 0.002 Gew.-% Blei
0 bis 0.003 Gew.-% Bor
It should be understood that the steel alloy described herein may have unavoidable impurities, although it is unlikely that these total exceed 0.03 wt .-% e of the composition. Preferably, the alloys include unavoidable impurities in an amount of not more than 0.1% by weight of the composition, more preferably not more than 0.05% by weight of the composition. In particular, the steel composition may also include one or more contaminating elements. An incomplete list of contaminants includes, for example:

0 to 0.025 wt .-% phosphorus
0 to 0.015% by weight of sulfur
0 to 0.04 wt% arsenic
0 to 0.075 wt .-% tin
0 to 0.075 wt .-% antimony
0 to 0.002% by weight of lead
0 to 0.003 wt% boron

Die Stahllegierungszusammensetzung umfasst vorzugsweise wenig oder gar keinen Schwefel, beispielsweise 0 bis 0,15 Gew.-% Schwefel.The steel alloy composition preferably comprises little or no sulfur, for example 0 to 0.15% by weight sulfur.

Die Stahllegierungszusammensetzung umfasst vorzugsweise wenig oder gar keinen Phosphor, beispielsweise 0 bis 0,025 Gew.-% Phosphor.The steel alloy composition preferably comprises little or no phosphorus, for example 0 to 0.025 weight percent phosphorus.

Die Stahlzusammensetzung umfasst vorzugsweise ≤ 15 ppm Sauerstoff. Sauerstoff kann als eine Verunreinigung vorhanden sein. Die Stahlzusammensetzung umfasst vorzugsweise ≤ 30 ppm Titan. Titan kann als eine Verunreinigung vorhanden sein. Die Stahlzusammensetzung umfasst vorzugsweise ≤ 10 ppm Bor. Bor kann als Verunreinigung mit beispielsweise 1 bis 5 ppm vorhanden sein.The steel composition preferably comprises ≤ 15 ppm oxygen. Oxygen may be present as an impurity. The steel composition preferably comprises ≤30 ppm of titanium. Titanium may be present as an impurity. The steel composition preferably comprises ≤ 10 ppm of boron. Boron may be present as an impurity of, for example, 1 to 5 ppm.

Die Stahlzusammensetzung umfasst vorzugsweise ≤ 50 ppm Kalzium. Kalzium kann als Verunreinigung vorhanden sein, kann aber auch beabsichtigt in sehr kleinen Mengen zugegeben werden, beispielsweise 1 bis 10 ppm.The steel composition preferably comprises ≤ 50 ppm calcium. Calcium may be present as an impurity, but it may also be intentionally added in very small amounts, for example 1 to 10 ppm.

Die Stahllegierungszusammensetzung kann im Wesentlichen aus den genannten Elementen bestehen. Es ist deshalb zu verstehen, dass zusätzlich zu den Elementen, die obligatorisch sind, andere nicht spezifizierte Elemente in der Zusammensetzung vorhanden sein können, vorausgesetzt, dass die essenziellen Eigenschaften der Zusammensetzung nicht materiell durch deren Vorhandensein beeinträchtigt werden.The steel alloy composition may consist essentially of said elements. It is therefore to be understood that in addition to the elements which are mandatory, other unspecified elements may be present in the composition, provided that the essential properties of the composition are not materially affected by their presence.

Beispiele von Lagerkomponenten gemäß vorliegender Erfindung umfassen einen Wälzkörper (beispielsweise Kugel, Zylinder oder Kegelrollenelement), einen Innenring, und einen Außenring. Die vorliegende Erfindung kann auch ein Lager mit einer Lagerkomponente, wie hierin beschrieben, bereitstellen.Examples of bearing components according to the present invention include a rolling element (for example, ball, cylinder or tapered roller element), an inner ring, and an outer ring. The present invention may also provide a bearing with a bearing component as described herein.

Die Stahllegierung, wie sie hierin beschrieben ist, kann in eine Lagerkomponente durch kontinuierliches Stranggießen der Legierung geformt werden. Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Lagerkomponente bereit, wobei das Verfahren aufweist:

  • i) Kontinuierliches Stranggießen der hierin beschriebenen Stahllegierung, und
  • ii) Ausbilden einer Lagerkomponente aus der kontinuierlich stranggegossenen Stahllegierung.
The steel alloy as described herein may be formed into a bearing component by continuously casting the alloy. The present invention further provides a method of making a bearing component, the method comprising:
  • i) continuously casting the steel alloy described herein, and
  • ii) forming a bearing component of the continuously cast steel alloy.

Die Legierung, wie hierin beschrieben, zeigt eine reduzierte Makrosegregation und bietet sich selbst für kontinuierliche Stranggussprozesse an. Insbesondere wurde herausgefunden, dass ein Mo/Si-Gewichtsverhältnis von vorzugsweise 3,5 bis 33,3, bevorzugter von 4 bis 20, noch bevorzugter von 5 bis 20, noch bevorzugter von 6 bis 20, noch bevorzugter von 6 bis 15, brauchbar ist, um eine Segregation in kontinuierlich stranggegossenen Rohlingen oder Rohblöcken zu reduzieren. Trotz dem Wunsch, nicht durch die Theorie gebunden zu sein, wird geglaubt, dass das Mo/Si-Verhältnis innerhalb dieser Grenzen hilft, die Fluidität der interdentritischen Stahlflüssigkeit zwischen den vollständig austenitischen Dendriten während der Aushärtung zu kontrollieren. Zusätzlich ist es aufgrund des gleichen Grunds bevorzugt, ein Cr/C-Gewichtsprozentverhältnis von 2 oder mehr zu haben.The alloy, as described herein, exhibits reduced macrosegregation and lends itself to continuous continuous casting processes. In particular, it has been found that a Mo / Si weight ratio of preferably 3.5 to 33.3, more preferably 4 to 20, more preferably 5 to 20, even more preferably 6 to 20, still more preferably 6 to 15, is useful to reduce segregation in continuously cast billets or ingots. Despite the desire not to be bound by theory, it is believed that the Mo / Si ratio within these limits helps to control the fluidity of the interdendritic steel fluid between the fully austenitic dendrites during cure. In addition, for the same reason, it is preferable to have a Cr / C weight% ratio of 2 or more.

Bei der Herstellung von einer Lagerkomponente kann die Stahllegierungszusammensetzung einer Wärmebehandlung (Austenisierung) ausgesetzt werden, sodass die Martensit-Starttemperatur ausreichend niedrig gehalten wird, so dass die Bildung einer vollständig bainitschen oder im Wesentlichen vollständig bainitischen Struktur (Mikrostruktur) erreicht wird. Unter einer vollständig bainitischen Struktur wird verstanden, dass, nach der Austenisierung und einer nachfolgenden Abschreckung, die Stahlartikel auf eine Temperatur gerade oberhalb der Martensit-Starttemperatur gehalten werden, damit die Transformation in Bainit beginnt. Die bainitische Struktur ist fein und der resultierende Stahl hat eine hohe Härte. Optional können auch Karbide/Nitride/Karbonitride vorhanden sein.In the manufacture of a bearing component, the steel alloy composition may be subjected to a heat treatment (austenization) such that the martensite start temperature is kept sufficiently low that the formation of a fully bainite or substantially fully bainitic structure (microstructure) is achieved. By a fully bainitic structure is meant that, after austenization and subsequent quenching, the steel articles are maintained at a temperature just above the martensite start temperature to begin transformation into bainite. The bainitic structure is fine and the resulting steel has a high hardness. Optionally, carbides / nitrides / carbonitrides may also be present.

Es wurde auch herausgefunden, dass die Stahlzusammensetzung für eine martensitische Wärmebehandlung und Anlassen geeignet ist, bei der die Stahlartikel, beispielsweise Lagerkomponenten, nach der Austenisierung auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Starttemperatur üblicherweise in Öl abgeschreckt werden. Die Komponenten können dann auf Raumtemperatur abgekühlt werden, worauf ein Abwaschen in kaltem Wasser (ungefähr 5°C) vor dem finalen Anlassschritt folgt. Die martensitische Härteweise hat den Vorteil hinsichtlich einer Kostenreduktion in Bezug darauf, dass das Verfahren schneller ist als das bainitische Umformungsverfahren. Das Material hat auch eine härtere Struktur. Optional können auch Karbide/Nitride/Karbonitride in der Mikrostruktur vorhanden sein. Es ist auch möglich, dass die Stahlkomponente eine gemischte martensitische/bainitische Struktur aufweist, abhängig von der gewünschten Balance zwischen Härte/Eigenspannungsprofil. Wiederum können auch optional Karbide/Nitride/Karbonitride vorhanden sein.It has also been found that the steel composition is suitable for martensitic heat treatment and tempering in which the steel articles, for example, bearing components, are usually quenched in oil after austenization to a temperature below the martensite start temperature. The components can then be cooled to room temperature, followed by a wash in cold water (about 5 ° C) before the final annealing step. The martensitic hardness has the advantage of reducing costs in terms of the process being faster than the bainitic one Forming processes. The material also has a harder structure. Optionally, carbides / nitrides / carbonitrides may also be present in the microstructure. It is also possible that the steel component has a mixed martensitic / bainitic structure, depending on the desired balance between hardness / residual stress profile. Again, optional carbides / nitrides / carbonitrides may also be present.

Die Optimierung des Mo/Si-Gewichtsverhältnisses, beispielsweise von 3,5 bis 3,3, vorzugsweise von 4 bis 20, bevorzugter von 5 bis 20, noch bevorzugter von 6 bis 20, noch bevorzugter von 6 bis 15 hat keinen negativen Einfluss auf die Anlasswiderstandsfähigkeit des Stahls. Folglich ist es möglich, eine Härte von zumindest 60 HRC in den finalen bainitisch transformierten Komponenten zu erreichen, während, zur gleichen Zeit, eine Stahlzusammensetzung bereitgestellt ist, die speziell für ein kontinuierliches Stranggießen angepasst ist. Die Anlasswiderstandsfähigkeit der so gehärteten Struktur kann auch eine überlegene Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Wälzkontaktermüdung bereitstellen.Optimization of the Mo / Si weight ratio, for example, from 3.5 to 3.3, preferably from 4 to 20, more preferably from 5 to 20, even more preferably from 6 to 20, more preferably from 6 to 15 has no negative influence on the Starting resistance of the steel. Consequently, it is possible to achieve a hardness of at least 60 HRC in the final bainitic transformed components, while at the same time providing a steel composition specially adapted for continuous casting. The starting resistance of the thus cured structure can also provide superior resistance to rolling contact fatigue.

Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft weiter mit Referenz auf eine geeignete Wärmebehandlung der Stahllegierung für die Lagerkomponente beschrieben.The present invention will now be further described by way of example with reference to a suitable heat treatment of the steel alloy for the bearing component.

Austenisierung (Härten) von Lagerkomponenten, die aus der vorliegenden Stahllegierung hergestellt sind, wird üblicherweise innerhalb eines Temperaturbereichs von 800 °C bis 900 °C, vorzugsweise 840 bis 900 °C, noch bevorzugter 840 bis 890 °C für 10 bis 70 min, vorzugsweise 10 bis 60 min, ausgeführt. Der Austenit, verfeinerte chromreiche Karbide sind primär am Ende des Austenisierungsvorgangs kurz vor dem darauffolgenden Abkühlen vorhanden. Optional können auch, wie in dem vorstehenden Abschnitt demonstriert, vanadiumreiche Stickstoff enthaltende Ausfällungen während des Härtens vorhanden sein. Derartige Vanadium-Ausfällungen helfen beim Verfeinern der Austenitkörner, insbesondere bei höheren Austensierungstemperaturen und/oder bei langen Haltezeiten, die üblicherweise verwendet werden, wenn eine größere Härtbarkeit erforderlich ist für das Herstellen von dicken Lagerkomponentenabschnitten. Die verfeinerten Körner führen zu einer besseren Zähigkeit genauso wie zu einer höheren Stärke und Härte des finalen Lagerstahlprodukts.Austenization (hardening) of bearing components made of the present steel alloy is usually within a temperature range of 800 ° C to 900 ° C, preferably 840 to 900 ° C, more preferably 840 to 890 ° C for 10 to 70 minutes, preferably 10 to 60 minutes, executed. The austenite, refined chromium-rich carbides are present primarily at the end of the austenizing process shortly before the subsequent cooling. Optionally, as demonstrated in the previous section, vanadium-rich nitrogen-containing precipitates may also be present during curing. Such vanadium precipitates aid in refining the austenite grains, especially at higher austenitizing temperatures and / or at long hold times, which are commonly used when greater hardenability is required for making thick bearing component sections. The refined grains result in better toughness as well as greater strength and hardness of the final bearing steel product.

Unmittelbar nach der Austenisierung werden die Lagerkomponenten abgeschreckt, indem ein geeignetes Medium verwendet wird, so dass die gesamten rekonstruktiven Transformationsprodukte während des Abkühlens vermieden werden und Martensit, Bainit (Bainit-Ferrit), oder beide Strukturen in der Stahlmikrostruktur erhalten werden, wobei nur ein kleiner Betrag von Restaustenit nach dem Anlassen der Martensit enthaltenden Komponenten überbleibt, oder nachdem die Bainittransformation beendet wurde. Danach werden die Lagerkomponenten üblicherweise auf Raumtemperatur abgekühlt.Immediately after the austenization, the bearing components are quenched using a suitable medium so that the entire reconstructive transformation products are avoided during cooling and martensite, bainite (bainite ferrite), or both structures are obtained in the steel microstructure, with only a small one Amount of retained austenite remains after tempering of the martensite-containing components or after the bainite transformation has ended. Thereafter, the bearing components are usually cooled to room temperature.

Ein nachfolgendes Tieffrieren und/oder Anlassen kann angewandt werden, um den Restaustenitgehalt weiter zu reduzieren, was eine höhere Härte und Stärke sicherstellt mit deren positiven Effekt auf die Widerstandsfähigkeit gegen Wälzkontaktermüdung. Zusätzlich wurde herausgefunden, dass ein geringerer Restaustenitgehalt die Größenstabilität der Lagerkomponenten verbessert, was es ermöglicht, diese in anfordernden Lageranwendungen zu verwenden, bei denen die Anwendungstemperatur höher ist als üblich.Subsequent deep freezing and / or tempering may be used to further reduce the residual austenite content, which ensures higher hardness and strength with its positive effect on rolling contact fatigue resistance. In addition, it has been found that a lower retained austenite content improves the dimensional stability of the bearing components, allowing them to be used in requesting bearing applications where the application temperature is higher than usual.

Angesichts des geringen Kohlenstoffgehalts wurde herausgefunden, dass der Stahl insbesondere geeignet ist für ein Oberflächeninduktionshärten und Anlassen. In diesem Fall umfasst die Mikrostruktur üblicherweise angelassenen Martensit. Optional können auch Karbide/Nitrite/Karbonnitride vorhanden sein.In view of the low carbon content, it has been found that the steel is particularly suitable for surface induction hardening and tempering. In this case, the microstructure usually comprises tempered martensite. Optionally, carbides / nitrites / carbonitrides may also be present.

Der geringere Kohlenstoffgehalt in dem Stahl gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet auch, dass es leichter ist, den Stahl stumpf zu schweißen im Vergleich zu konventionellen Lagerstählen mit einem höheren Kohlenstoffgehalt.The lower carbon content in the steel according to the present invention also means that it is easier to butt the steel compared to conventional higher carbon steels.

BeispieleExamples

Die Erfindung wird nun weiterhin beschrieben mit Bezug auf die folgenden nicht einschränkenden Beispiele.The invention will now be further described with reference to the following non-limiting examples.

Stahl 1, aufweisend in Gew.-%:Steel 1, comprising in% by weight:

  • C: 0.75C: 0.75
  • Si: 0.1Si: 0.1
  • Mn: 0.8Mn: 0.8
  • Mo: 0.7Mo: 0.7
  • Cr: 1.6Cr: 1.6
  • Ni: 0.1Ni: 0.1
  • Cu: 0.2Cu: 0.2
  • V: 0.1V: 0.1
  • P: max 0.01P: max 0.01
  • S: max 0.015S: max 0.015
  • As + Sn + Sb: max 0.075As + Sn + Sb: max 0.075
  • Pb: max 0.002Pb: max 0.002
  • Al: max 0.050Al: max 0.050
  • Fe: RestFe: rest

Der Sauerstoffgehalt sollte weniger als 10 ppm, der Titangehalt weniger als 30 ppm und der Kalziumgehalt weniger als 10 ppm sein. Stickstoff ist als Spurenelement (mindestens 50 ppm) vorhanden. Die Maximalgrenze für As ist 0,04 Gew.-%.The oxygen content should be less than 10 ppm, the titanium content less than 30 ppm and the calcium content less than 10 ppm. Nitrogen is present as a trace element (at least 50 ppm). The maximum limit for As is 0.04 wt%.

Stahl 2, aufweisend in Gew.-%: Steel 2, comprising in% by weight:

  • C: 0.75C: 0.75
  • Si: 0.05Si: 0.05
  • Mn: 0.8Mn: 0.8
  • Mo: 0.7Mo: 0.7
  • Cr: 1.6Cr: 1.6
  • Ni: 0.1Ni: 0.1
  • Cu: 0.2Cu: 0.2
  • V: 0.1V: 0.1
  • P: max 0.01P: max 0.01
  • S: max 0.015S: max 0.015
  • As + Sn + Sb: max 0.075As + Sn + Sb: max 0.075
  • Pb: max 0.002Pb: max 0.002
  • Al: max 0.050Al: max 0.050
  • Fe: RestFe: rest

Der Sauerstoffgehalt sollte weniger als 10 ppm, der Titangehalt weniger als 30 ppm und der Kalziumgehalt weniger als 10 ppm sein. Stickstoff ist als Spurenelement (mindestens 50 ppm) vorhanden. Die Maximalgrenze für As ist 0,04 Gew.-%.The oxygen content should be less than 10 ppm, the titanium content less than 30 ppm and the calcium content less than 10 ppm. Nitrogen is present as a trace element (at least 50 ppm). The maximum limit for As is 0.04 wt%.

Vollständig bainitisch gehärtete Komponenten, die aus den obigen Referenzstahlzusammensetzungen 1 und 2 hergestellt wurden, zeigen eine Härte von ungefähr 60 HRC oder höher.Fully bainitic-cured components prepared from the above reference steel compositions 1 and 2 show a hardness of about 60 HRC or higher.

Vergleichsstahl 1, aufweisend in Gew.-%:Comparative steel 1, comprising in wt .-%:

  • C: 0.75C: 0.75
  • Si: 0.2Si: 0.2
  • Mn: 0.8Mn: 0.8
  • Mo: 0.36Mo: 0.36
  • Cr: 1.6Cr: 1.6
  • Ni: 0.1Ni: 0.1
  • Cu: 0.2Cu: 0.2
  • V: 0.1V: 0.1
  • P: max 0.01P: max 0.01
  • S: max 0.015S: max 0.015
  • As + Sn + Sb: max 0.075As + Sn + Sb: max 0.075
  • Pb: max 0.002Pb: max 0.002
  • Al: max 0.050Al: max 0.050
  • Fe: RestFe: rest

Der Sauerstoffgehalt sollte weniger als 10 ppm, der Titangehalt weniger als 30 ppm und der Kalziumgehalt weniger als 10 ppm sein. Stickstoff ist als Spurenelement (mindestens 50 ppm) vorhanden. Die Maximalgrenze für As ist 0,04 Gew.-%.The oxygen content should be less than 10 ppm, the titanium content less than 30 ppm and the calcium content less than 10 ppm. Nitrogen is present as a trace element (at least 50 ppm). The maximum limit for As is 0.04 wt%.

Vergleichsstahl 2, aufweisend in Gew.-%:Comparative steel 2, comprising in% by weight:

  • C: 0.75C: 0.75
  • Si: 0.35Si: 0.35
  • Mn: 0.8Mn: 0.8
  • Mo: 0.36Mo: 0.36
  • Cr: 1.6Cr: 1.6
  • Ni: 0.1Ni: 0.1
  • Cu: 0.2Cu: 0.2
  • V: 0.1V: 0.1
  • P: max 0.01P: max 0.01
  • S: max 0.015S: max 0.015
  • As + Sn + Sb: max 0.075As + Sn + Sb: max 0.075
  • Pb: max 0.002Pb: max 0.002
  • Al: max 0.050Al: max 0.050
  • Fe: RestFe: rest

Der Sauerstoffgehalt sollte weniger als 10 ppm, der Titangehalt weniger als 30 ppm und der Kalziumgehalt weniger als 10 ppm sein. Stickstoff ist als Spurenelement (mindestens 50 ppm) vorhanden. Die Maximalgrenze für As ist 0,04 Gew.-%.The oxygen content should be less than 10 ppm, the titanium content less than 30 ppm and the calcium content less than 10 ppm. Nitrogen is present as a trace element (at least 50 ppm). The maximum limit for As is 0.04 wt%.

Vergleichsstahl 3, aufweisend in Gew.-%:Comparative steel 3, comprising in% by weight:

  • C: 0.75C: 0.75
  • Si: 0.05Si: 0.05
  • Mn: 0.8Mn: 0.8
  • Mo: 0.5Mo: 0.5
  • Cr: 1.6Cr: 1.6
  • Ni: 0.1Ni: 0.1
  • Cu: 0.2Cu: 0.2
  • V: 0.1V: 0.1
  • P: max 0.01P: max 0.01
  • S: max 0.015S: max 0.015
  • As + Sn + Sb: max 0.075As + Sn + Sb: max 0.075
  • Pb: max 0.002Pb: max 0.002
  • Al: max 0.050Al: max 0.050
  • Fe: RestFe: rest

Der Sauerstoffgehalt sollte weniger als 10 ppm, der Titangehalt weniger als 30 ppm und der Kalziumgehalt weniger als 10 ppm sein. Stickstoff ist als Spurenelement (mindestens 50 ppm) vorhanden. Die Maximalgrenze für As ist 0,04 Gew.-%.The oxygen content should be less than 10 ppm, the titanium content less than 30 ppm and the calcium content less than 10 ppm. Nitrogen is present as a trace element (at least 50 ppm). The maximum limit for As is 0.04 wt%.

Der Effekt auf die Härteretention bei einem Anlassen von 260 °C für 1 Stunde wurde untersucht. Für die Referenzstahlzusammensetzungen gemäß den obigen Beispielen betrug die Änderung in der Härte (Vickers-Härte ΔHv) ungefähr +7,5 (Stahl 1), +4,5 (Stahl 2), 0 (Vergleichsstahl 1), +7 (Vergleichsstahl 2) und –3 (Vergleichsstahl 3). Also wurden die besten Resultate für die Stähle 1 und 2 erhalten. Die Stähle 1 und 2 eignen sich auch für ein kontinuierliches Stranggießen, da sie reduzierte Makrosegregationseffekte aufweisen. Während der Vergleichsstahl 2 auch ein gutes Resultat hinsichtlich der Härte zeigt, eignet sich der hohe Siliziumgehalt in diesem Beispiel (von welchem erwartet wird, dass er die Anlasswiderstandsfähigkeit verbessert) selbst nicht für ein kontinuierliches Stranggießen in Anbetracht der relativ signifikanter Makrosegregationseffeke. Das Gleiche gilt für den Vergleichsstahl 1, auch wenn in einem geringeren Ausmaß.The effect on curing retention at 260 ° C temper for 1 hour was examined. For the reference steel compositions according to the above examples, the change in hardness (Vickers hardness ΔHv) was about +7.5 (steel 1), +4.5 (steel 2), 0 (comparative steel 1), +7 (comparative steel 2) and -3 (comparative steel 3). So the best results were obtained for Steels 1 and 2. Steels 1 and 2 are also suitable for continuous casting since they have reduced macrosegregation effects. While Comparative Steel 2 also shows a good result in terms of hardness, the high silicon content in this example (which is expected to improve the starting resistance) is not suitable even for continuous casting considering the relatively significant macrosgregation effect. The same applies to comparative steel 1, although to a lesser extent.

Die folgenden zwei weiteren Beispiele (V91 und V92) wurden ebenfalls hinsichtlich Makrosegregation verglichen.The following two other examples (V91 and V92) were also compared for macrosegregation.

Vergleichsstahl V91, aufweisend in Gew.-%:Comparative steel V91, comprising in% by weight:

  • C: 0.953C: 0.953
  • Si: 0.308Si: 0.308
  • Mn: 0.671Mn: 0.671
  • Mo: 0.245Mo: 0.245
  • Cr: 1.721Cr: 1.721
  • Ni: 0.175Ni: 0.175
  • Cu: 0.155Cu: 0.155
  • V: 0.01V: 0.01
  • N: 0.0093N: 0.0093
  • Al: 0.007Al: 0.007
  • Nb: 0.002Nb: 0.002
  • Sn: 0.012Sn: 0.012
  • P: 0.017P: 0.017
  • S: 0.009S: 0.009
  • B: 0.0002B: 0.0002
  • As + Sn + Sb: max 0.075As + Sn + Sb: max 0.075
  • Fe: RestFe: rest

Der Sauerstoffgehalt sollte weniger als 10 ppm, der Titangehalt weniger als 30 ppm und der Kalziumgehalt weniger als 10 ppm sein. Die Maximalgrenze für As ist 0,04 Gew.-%.The oxygen content should be less than 10 ppm, the titanium content less than 30 ppm and the calcium content less than 10 ppm. The maximum limit for As is 0.04 wt%.

Stahl V92, aufweisend in Gew.-%:Steel V92, comprising in% by weight:

  • C: 0.749C: 0.749
  • Si: 0.134Si: 0.134
  • Mn: 0.808Mn: 0.808
  • Mo: 0.705Mo: 0.705
  • Cr: 1.593Cr: 1,593
  • Ni: 0.114Ni: 0.114
  • Cu: 0.202Cu: 0.202
  • V: 0.112V: 0.112
  • N: 0.0049N: 0.0049
  • Al: 0.007Al: 0.007
  • Nb: 0.002Nb: 0.002
  • Sn: 0.002Sn: 0.002
  • P: 0.006P: 0.006
  • S: 0.005S: 0.005
  • B: 0.0003B: 0.0003
  • As + Sn + Sb: max 0.075As + Sn + Sb: max 0.075
  • Fe: RestFe: rest

Der Sauerstoffgehalt sollte weniger als 10 ppm, der Titangehalt weniger als 30 ppm und der Kalziumgehalt weniger als 10 ppm sein. Die Maximalgrenze für As ist 0,04 Gew.-%.The oxygen content should be less than 10 ppm, the titanium content less than 30 ppm and the calcium content less than 10 ppm. The maximum limit for As is 0.04 wt%.

Die zwei Stahllegierungen V91 und V92 wurden im Vakuum geschmolzen (Vakuuminduktionsschmelze) und dann in Sandformen vergossen. Ihre chemische Zusammensetzung ist oben angegeben.The two steel alloys V91 and V92 were melted in vacuum (vacuum induction melt) and then cast into sand molds. Their chemical composition is given above.

Nach dem Ausformen wurden, der Anfang und das Ende von jedem Rohblock abgetrennt und weggeworfen. Danach wurden die Rohblöcke für ein Minimum von sechs Stunden bei 1.200 °C homogenisiert und dann im Ofen abgekühlt.After molding, the beginning and end of each ingot were separated and discarded. Thereafter, the ingots were homogenized at 1200 ° C for a minimum of six hours and then cooled in the oven.

Die Rohblöcke wurden kalt geladen und auf ihre Temperatur mit einer Rate von 100°C/Std. erhitzt. Sobald die erwünschte Temperatur erreicht wurde, betrug die Gesamthaltezeit 8 Stunden bei dieser Temperatur, um sicherzustellen, dass die Mittelbereiche von jedem Rohblock für zumindest sechs Stunden durchdrungen wurden.The ingots were cold charged and heated to their temperature at a rate of 100 ° C / hr. heated. Once the desired temperature was reached, the total hold time was 8 hours at that temperature to ensure that the mid-areas of each ingot were pervaded for at least six hours.

Die Ofenatmosphäre wurde kontrolliert, indem ein kontinuierlicher Stickstoffgasfluss verwendet wurde, initial mit einer Rate von 28 l/min. Während des Abkühlens auf Raumtemperatur wurde die Stickstoffgasflussrate auf 100 l/min erhöht. Dennoch war die Abkühlrate der Rohblöcke ausreichend langsam.The furnace atmosphere was controlled using a continuous flow of nitrogen gas, initially at a rate of 28 l / min. While cooling to room temperature, the nitrogen gas flow rate was increased to 100 L / min. Nevertheless, the cooling rate of the ingots was sufficiently slow.

Zwei Scheiben wurden von jedem Rohblock abgetrennt und wurden dann geerdet und vor einem Makroätzen in Übereinstimmung mit dem ASTM E 381 Standard fertig poliert, um die so ausgehärtete Struktur von jedem Stahl freizulegen.Two slices were separated from each ingot and were then grounded and finish polished prior to macroetching in accordance with the ASTM E 381 standard to expose the so-cured structure of each steel.

Die makrogeätzten Abschnitte beider Stähle wurden dann verglichen. Die Stahllegierung V92 zeigte eine Struktur, die feiner war als die der Vergleichsreferenzstahllegierung V91.The macroetched sections of both steels were then compared. The steel alloy V92 showed a structure finer than that of the comparative reference steel alloy V91.

Die Lagerkomponente gemäß vorliegender Erfindung wird aus einer Stahllegierung geformt mit einer höheren Härte, höheren relativer Schweißbarkeit, höheren Härtbarkeit und Zähigkeit, und höheren Widerstandsfähigkeit gegenüber Wälzkontaktermüdung, Verschleiß und Kriechdehnung genauso wie einer höheren Toleranz gegenüber Mikrodefekten. Darüber hinaus zeigte sie auch eine reduzierte Segregation während des kontinuierlichen Stranggießens.The bearing component of the present invention is formed of a steel alloy having a higher hardness, higher relative weldability, higher hardenability and toughness, and higher resistance to rolling contact fatigue, wear and creep as well as a higher tolerance to micro-defects. In addition, it also showed reduced segregation during continuous casting.

Die vorstehende detaillierte Beschreibung wurde bereitgestellt als Erklärung und Illustration und ist nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der anhängigen Ansprüche einzuschränken. Viele Variationen in den momentan bevorzugten Ausführungsbeispielen, die hierin illustriert sind, sind einem normalen Fachmann klar und bleiben innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche und deren Äquivalenten.The foregoing detailed description has been provided by way of explanation and illustration and is not intended to limit the scope of the appended claims. Many variations in the presently preferred embodiments illustrated herein will be apparent to one of ordinary skill in the art and remain within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (14)

Lagerkomponente, gebildet aus einer Stahllegierung mit: 0,7 bis 0,9 Gew.-% Kohlenstoff, 0,05 bis 0,16 Gew.-% Silizium, 0,7 bis 0,9 Gew.-% Mangan, 1,4 bis 2,0 Gew.-% Chrom, 0,7 bis 1,0 Gew.-% Molybdän, 0,03 bis 0,15 Gew.-% Vanadium, 0 bis 0,25 Gew.-% Nickel, 0 bis 0,3 Gew.-% Kupfer, 0 bis 0,2 Gew.-% Kobalt, 0 bis 0,1 Gew.-% Aluminium, 0 bis 0,1 Gew.-% Niob, 0 bis 0,2 Gew.-% Tantal, 0 bis 0,025 Gew.-% Phosphor, 0 bis 0,015 Gew.-% Schwefel, 0 bis 0,075 Gew.-% Zinn, 0 bis 0,075 Gew.-% Antimon, 0 bis 0,04 Gew.-% Arsen, 0 bis 0,002 Gew.-% Blei, bis zu 350 ppm Stickstoff, bis zu 20 ppm Sauerstoff, bis zu 50 ppm Kalzium, bis zu 30 ppm Bor, bis zu 50 ppm Titan, als Rest Eisen zusammen mit irgendwelchen unvermeidbaren Verunreinigungen.A bearing component formed from a steel alloy comprising: 0.7 to 0.9% by weight of carbon, 0.05 to 0.16% by weight of silicon, 0.7 to 0.9% by weight of manganese, 1.4 up to 2.0% by weight of chromium, 0.7 to 1.0% by weight of molybdenum, 0.03 to 0.15% by weight of vanadium, 0 to 0.25% by weight of nickel, 0 to 0.3 wt .-% copper, 0 to 0.2 wt .-% cobalt, 0 to 0.1 wt .-% aluminum, 0 to 0.1 wt .-% niobium, 0 to 0.2 wt % Tantalum, 0 to 0.025 wt% phosphorus, 0 to 0.015 wt% sulfur, 0 to 0.075 wt% tin, 0 to 0.075 wt% antimony, 0 to 0.04 wt% Arsenic, 0 to 0.002 wt% lead, up to 350 ppm nitrogen, up to 20 ppm oxygen, up to 50 ppm calcium, up to 30 ppm boron, up to 50 ppm titanium, balance iron together with any unavoidable impurities. Lagerkomponente nach Anspruch 1, wobei die Stahllegierung 0,7 bis 0,8 Gew.-% Kohlenstoff, vorzugsweise 0,72 bis 0,78 Gew.-% Kohlenstoff aufweist.A bearing component according to claim 1, wherein the steel alloy comprises 0.7 to 0.8% by weight of carbon, preferably 0.72 to 0.78% by weight of carbon. Lagerkomponente nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stahllegierung 0,06 bis 0,16 Gew.-% Silizium, bevorzugter 0,8 bis 0,14 Gew.-% Silizium aufweist.A bearing component according to claim 1 or 2, wherein the steel alloy comprises 0.06 to 0.16% by weight of silicon, more preferably 0.8 to 0.14% by weight of silicon. Lagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stahllegierung 0,7 bis 0,9 Gew.-% Molybdän, vorzugsweise 0,7 bis 0,8 Gew.-% Molybdän aufweist.Bearing component according to one of the preceding claims, wherein the steel alloy comprises 0.7 to 0.9 wt .-% molybdenum, preferably 0.7 to 0.8 wt .-% molybdenum. Lagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stahllegierung Molybdän und Silizium in einem Gewichtsverhältnis von 3,5 ≤ Mo/Si ≤ 33,3, vorzugsweise 4 ≤ Mo/Si ≤ 20 aufweist.Bearing component according to one of the preceding claims, wherein the steel alloy molybdenum and silicon in a weight ratio of 3.5 ≤ Mo / Si ≤ 33.3, preferably 4 ≤ Mo / Si ≤ 20 has. Lagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stahllegierung Molybdän und Chrom in einem Gewichtsverhältnis von 0,35 ≤ Mo/Cr ≤ 0,71, vorzugsweise 0,4 ≤ Mo/Cr ≤ 0,6 aufweist.Bearing component according to one of the preceding claims, wherein the steel alloy molybdenum and chromium in a weight ratio of 0.35 ≤ Mo / Cr ≤ 0.71, preferably 0.4 ≤ Mo / Cr ≤ 0.6. Lagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stahllegierung Chrom und Kohlenstoff in einem Gewichtsverhältnis von Cr/C-Verhältnis ≥ 2 aufweist.Bearing component according to one of the preceding claims, wherein the steel alloy has chromium and carbon in a weight ratio of Cr / C ratio ≥ 2. Lagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stahllegierung 0,03 bis 0,12 Gew.-% Vanadium, vorzugsweise 0,05 bis 0,1 Gew.-% Vanadium aufweist. Bearing component according to one of the preceding claims, wherein the steel alloy comprises 0.03 to 0.12 wt .-% vanadium, preferably 0.05 to 0.1 wt .-% vanadium. Lagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stahllegierung 50 bis 350 ppm Stickstoff aufweist.Bearing component according to one of the preceding claims, wherein the steel alloy has 50 to 350 ppm of nitrogen. Lagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stahllegierung zumindest 100 ppm Stickstoff aufweist.Bearing component according to one of the preceding claims, wherein the steel alloy has at least 100 ppm of nitrogen. Lagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stahllegierung eine bainitischen und/oder martensitische Mikrostruktur, optional mit Karbiden, Nitriten und/oder Karbonnitriden, aufweist.Bearing component according to one of the preceding claims, wherein the steel alloy has a bainitic and / or martensitic microstructure, optionally with carbides, nitrites and / or carbonitrides. Lagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerkomponente ein Wälzkörper oder ein Innenring oder ein Außenring für ein Lager ist.Bearing component according to one of the preceding claims, wherein the bearing component is a rolling element or an inner ring or an outer ring for a bearing. Lager mit einer Lagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Bearing with a bearing component according to one of the preceding claims. Verfahren zum Herstellen einer Lagerkomponente, wobei das Verfahren aufweist: i) kontinuierliches Stranggießen einer Stahllegierungszusammensetzung mit: 0,7 bis 0,9 Gew.-% Kohlenstoff, 0,05 bis 0,16 Gew.-% Silizium, 0,7 bis 0,9 Gew.-% Mangan, 1,4 bis 2,0 Gew.-% Chrom, 0,7 bis 1,0 Gew.-% Molybdän, 0,03 bis 0,15 Gew.-% Vanadium, 0 bis 0,25 Gew.-% Nickel, 0 bis 0,3 Gew.-% Kupfer, 0 bis 0,2 Gew.-% Kobalt, 0 bis 0,1 Gew.-% Aluminium, 0 bis 0,1 Gew.-% Niob, 0 bis 0,2 Gew.-% Tantal, 0 bis 0,025 Gew.-% Phosphor, 0 bis 0,015 Gew.-% Schwefel, 0 bis 0,075 Gew.-% Zinn, 0 bis 0,075 Gew.-% Antimon, 0 bis 0,04 Gew.-% Arsen, 0 bis 0,002 Gew.-% Blei, bis zu 350 ppm Stickstoff, bis zu 20 ppm Sauerstoff, bis zu 50 ppm Kalzium, bis zu 30 ppm Bor, bis zu 50 ppm Titan, als Rest Eisen zusammen mit irgendwelchen unvermeidbaren Verunreinigungen. ii) Ausbilden einer Lagerkomponente aus der kontinuierlich ausgeformten Stahllegierung.A method of manufacturing a bearing component, the method comprising: i) Continuously casting a steel alloy composition with: 0.7 to 0.9% by weight of carbon, 0.05 to 0.16% by weight of silicon, 0.7 to 0.9 wt.% Manganese, 1.4 to 2.0% by weight of chromium, From 0.7 to 1.0% by weight of molybdenum, 0.03 to 0.15% by weight of vanadium, 0 to 0.25 wt% nickel, 0 to 0.3% by weight of copper, 0 to 0.2% by weight of cobalt, 0 to 0.1% by weight of aluminum, 0 to 0.1% by weight of niobium, 0 to 0.2 wt% tantalum, 0 to 0.025 wt.% Phosphorus, 0 to 0.015% by weight of sulfur, 0 to 0.075 wt% tin, 0 to 0.075 wt.% Antimony, 0 to 0.04 wt.% Arsenic, 0 to 0.002 wt.% Lead, up to 350 ppm nitrogen, up to 20 ppm oxygen, up to 50 ppm calcium, up to 30 ppm boron, up to 50 ppm titanium, as the remainder iron along with any unavoidable impurities. ii) forming a bearing component from the continuously formed steel alloy.
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